Weight–strength optimization of wooden household chairs based on member section size

Weight-strength optimization of wooden household chairs was performed based on the member section size in this study. Member section sizes of the Scotch pine (Pinus sylvestris) and Oriental beech (Fagus orientalis) chairs were optimized and resulting re-manufactured optimized chairs were tested under the cyclic “front to back”, “back to front” and “backrest” loads according to American Library Association (ALA) specification. Finite element method (FEM) and MATLAB nonlinear programming were utilized for the optimization. Firstly, the internal forces and moments acting on each member were analyzed by FEM in order to obtain the maximum critical stresses in each type of member; then, optimized cross-sectional sizes of the members were determined by Gradient Descent method, and all constraints were treated with Logarithmic Barrier Functioning. As a result, the minimum section sizes of members were determined, and cyclic performance tests were performed to determine whether the optimized chairs were strong enough to carry the acceptable loads. According to the results, member section size of both beech and pine chairs could be significantly reduced. The reduction was 32 % in the total weight and volume for beech chairs while 16 % for pine chairs without sacrificing the performance required for domestic usage by ALA. In conclusion, the method used is suitable for the optimization of furniture frames, making it lighter and reducing the material costs.&nbsp

Predictive expressions for withdrawal force capacity of various size of dowels from particleboard and medium density fiberboard

The objective of this study was to develop predictive expressions for estimating the withdrawal force capacity of various size of beech (Fagus orientalis) dowels from medium density fiberboard (MDF) and particleboard (PB). Furthermore, effects of the base material type, dowel diameter, dowel penetration and adhesive type on withdrawal force capacity were investigated. Polyurethane (PU), polyvinyl acetate based D2, and polyvinyl acetate (PVA) adhesives were utilized for gluing of dowels. A total of 540 specimens were prepared for edge and face withdrawal force capacity tests including two material types (MDF, PB), three dowel diameters (6 mm, 8 mm, 10 mm), three dowel penetration depths (15 mm, 20 mm, 25 mm for edge, 6 mm, 9 mm, 12 mm for face), three adhesive types and five replications for each group.  Specimens were tested under static withdrawal forces. Based on results of tests, predictive expressions that allow furniture engineers to estimate edge and face dowel withdrawal force capacity as a function of dowel diameter and dowel penetration were developed. Calculations showed that the expressions developed provided reasonable estimates for withdrawal force capacity of dowels. As a result of statistical analyses, material type, dowel diameter, dowel penetration, adhesive type and their four-way interaction have significantly affected the withdrawal force capacity of dowels. Test results also indicated that PU adhesive and MDF ranked the highest withdrawal force capacity among the adhesive and material types. Increasing either dowel diameter or penetration tended to have a positive effect on withdrawal force capacity. Dowel diameter was found to have a higher effect on withdrawal force capacity than dowel penetration

Interfacial bond behavior of adhesively-bonded timber/cast in situ concrete (wet bond process)

The goal of this research was to study the strength of the interfacial bond between cast-in-situ concrete and engineered timber (cross-laminated timber (CLT)). Double lap specimens were manufactured using fresh concrete that was cast between two CLT blocks. Polyurethane and epoxy adhesives were used to bond the wet concrete with the CLT blocks. The shear strength of wet-bond specimens was compared with the specimens prepared under dry conditions (prefabricated concrete cube glued to CLT blocks). The statistical analysis (T-test) of bond strength showed that the shear strengths of wet- and dry-bond specimens using epoxy and polyutrthane adhesives were no significantly different for the tested C25 plain concrete and the CLT. The failure mode of dry-bond specimens were concrete failure near the interface, however, debonding at interface was the dominant failure for the wet-bondspecimens

Kapaciteti posmične sile spojeva namještaja H-tipa izrađenoga od različitih toplinski tretiranih vrsta drva

The aim of this study was to investigate the effect of wood species, heat treatment, adhesive type and joint technique on shear force capacity of H-type furniture joints. For this purpose, an experimental design that consisted of 3 wood species, 2 treatment processes (untreated, heat-treated), 2 adhesive types (polyurethane (PUR), polyvinyl acetate (PVAc)) and 2 joint techniques (dowel, mortise-tenon (MT)) and 5 replications for each group were prepared, and accordingly, a total of 120 specimens were tested under static shear loads. Siberian pine (Pinus sibirica), Iroko (Chlorophora excelsa), and common ash (Fraxinus excelsior), which are commonly used in furniture constructions, were used as wood species. In general, iroko showed the highest shear force capacity between the wood species. The specimens constructed of heat-treated wood species showed lower shear force capacity by approximately 15 % in comparison to the same untreated specimens. MT joints showed better performance than dowel joints higher by approximately 21 %. PVAc adhesive gave higher values than PU adhesive by around 5 %. According to the results of four-way interactions, highest shear force capacities of H-type joints were obtained from “Common ash-PVAc-MT” combination in groups of untreated specimens and from “Iroko-PU-MT” combination in groups of heat-treated specimens.Cilj ovog istraživanja bio je ispitati utjecaj vrste drva, njegove toplinske obrade, vrste ljepila i tehnike spajanja na kapacitet posmične sile spojeva namještaja H-tipa. Za tu je namjenu pripremljen eksperiment s ovim parametrima: tri vrste drva, dvije obrade (netretirani i toplinski tretiran namještaj), dvije vrste ljepila (poliuretan – PUR, polivinilacetat – PVAc) i dvije tehnike spajanja (moždanikom te čepom i rupom – MT). Za svaki sustav pripremljeno je pet uzoraka te je pri statičkom posmičnom opterećenju ispitano ukupno 120 uzoraka. Odabrane su vrste drva koje se često upotrebljavaju u konstrukcijama namještaja: sibirski bor (Pinus sibirica), iroko (Chlorophora excelsa) i jasen (Fraxinus excelsior). Prema rezultatima istraživanja, drvo iroka pokazalo je najveći kapacitet posmične sile od svih ostalih vrsta drva obuhvaćenih eksperimentom. Uzorci izrađeni od toplinski obrađenog drva imali su oko 15 % manje vrijednosti kapaciteta posmične sile od netretiranih uzoraka. MT spojevi pokazali su za oko 21 % veće vrijednosti od spojeva s moždanicima. Uz upotrebu PVAc ljepila vrijednosti su bile za oko 5 % veće od vrijednosti s PUR ljepilom. Prema rezultatima četverosmjernih interakcija, najveći kapaciteti posmične sile spojeva H-tipa dobiveni su za kombinaciju jasenovina – PVAc – MT u netretiranim uzorcima i za kombinaciju drvo iroka – PUR – MT u toplinski tretiranim uzorcima

Evaluation of the mechanical performance of chairs without fasteners constructed of wood–based panels

The aim of this study was to evaluate the cyclic loading performance of different types of ready to assemble chairs without fastener which produced with Computer Numerical Control machines by using engineering design approach and product engineering methods including performance tests. In the production of chairs, 18 mm thick oriented strand board, medium density fiberboard and Oriental beech plywood were utilized as wood-based panels. Within the scope of the study, 4 different chair types without fasteners were designed and produced, and performance tests were carried out in 3 different loading directions (front to back, back to front and side thrust) with cyclic stepped increasing loading method according to the principles of American Library Association specification. Totally, 108 real size chairs without fastener were prepared and tested. As a result of the study, it was concluded that the chairs produced from Oriental beech plywood gave the best performances, while the chairs produced from medium density fiberboard gave performance values close to Oriental beech plywood, except for the side thrust test. However, the mechanical performance values of the chairs constructed of oriented strand board were very low. In conclusion, it could be said that the chairs constructed of Oriental beech plywood and medium density fiberboard without fastener have been found to have sufficient mechanical performance

TÜRKİYE'DE ÜRETİLEN ÇEŞİTLİ TİPLERDEKİ AHŞAP EV SANDALYELERİNİN PERFORMANSLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ

Bu çalışmada, Türkiye Mobilya Sektörünün önemli bir bölümünü oluşturduğu düşünülen Ankara (Siteler), Kayseri ve Bursa (İnegöl), piyasalarından tesadüfî örnekleme yöntemi ile 21 değişik Model Sandalye temin edilmiştir. Temin edilen sandalyeler, ALA (American Library Association) ve GSA (General Services Administration) standartlarında belirtilen esaslara uygun olarak devirli basamaklı artan yükleme yöntemiyle, önden arkaya teste tabi tutulmuşlardır. 21 model sandalye, her bir Model Sandalyeden 5 yineleme olmak üzere toplam (21  x 5) 105 sandalye test edilmiştir. Çalışma sonucunda önemli sayıdaki performans test sonuçları ile ciddi bir sayısal veri tabanı elde edilmiştir. Sandalyeler; önden arkaya yüklemelerde 845 ile 2802 N arasında performans değerleri vermişlerdir. Deney sonuçlarına bakıldığında, sandalye modelleri arasında mukavemet açısından büyük farklılıklar olduğu görülmektedir. Bu bağlamda, Türkiye’de aynı fonksiyona hizmet etmek adına üretilmiş sandalyelerin gösterdikleri mukavemet özellikleri bakımından, ne kadar büyük bir varyasyona sahip olduğu, firmalar ve modeller arasında büyük bir istikrarsızlık olduğu açıkça ortaya çıkmıştır. Bu durumun, firmalarda AR-GE kültürünün olmaması, performans test yöntemlerinin bilinmemesi veya sistematik olarak uygulanmamasından kaynaklandığı düşünülmektedir

ÇEŞİTLİ ÖLÇÜLERDE ZIVANA KULLANILMIŞ T-TİPİ MOBİLYA BİRLEŞTİRMELERİNİN MEKANİK DAVRANIŞ ÖZELLİKLERİNİN SONLU ELEMANLAR ANALİZİ İLE BELİRLENMESİ

Çalışma, T-tipi zıvanalı mobilya birleştirmelerinin mekanik davranış özellikleri ve gerçek testlerden elde edilen verilerin bilgisayar destekli analiz verileriyle karşılaştırılmasını kapsamaktadır.Çalışmada, zıvana ölçülerinin (zıvana genişliği ve boyu) birleştirmenin mukavemeti üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu amaçla, 3 farklı zıvana genişliği, 3 farklı zıvana boyu ve 10 yineleme olmak üzere toplam 90 adet deney örneği hazırlanmış ve test edilmiştir. Deney örnekleri Doğu kayını (Fagus orientalis L.) odunundan üretilmiş olup, bilgisayar destekli üç boyutlu yapısal analizler ise bir sonlu elemanlar metodu yazılımı olan ANSYS Workbench programı ile yapılmıştır. Çalışmanın sonucunda, sandalye üretiminde, arka ayak–yan kayıt birleştirmelerini temsil eden T-tipi birleştirmeler için 40x50 mm (genişlik x uzunluk) boyutlarındaki zıvana en iyi sonucu vermiştir. Birleştirmelerinin elastikiyetinde zıvana genişliğinin, moment taşıma kapasitesinde ise zıvana uzunluğunun etkili olduğu anlaşılmıştır. Ayrıca, üç boyutlu yapısal analizlerin, deney örneklerinde kabul edilebilir tahmini değerler sağladığı ve mobilya mühendislik tasarımında kullanılabileceği görülmüştür

FARKLI AĞAÇ TÜRÜNDE VE FARKLI BOYUTLARDAKİ KÖŞE DESTEK ELEMANLARININ SANDALYE MUKAVEMETİNE ETKİLERİ

Bu çalışmada, köşe destek elemanı ağaç türü ve boyutlarının sandalye mukavemetine etkileri araştırılmıştır. Sandalyeler, Doğu kayını (Fagus orientalis L.) ve Sarıçam’dan (Pinus sylvestris L.) üretilmiş olup, birleştirmelerde polivinilasetat tutkalı kullanılmıştır. Birleştirmeler, 60x60x25, 80x80x25 ve 100x100x25 mm ölçülerinde ve aynı 2 ağaç türünden, 6 farklı köşe destek elemanıyla desteklenmiş, ayrıca kontrol sandalyeleri hazırlanmıştır. Sandalyeler, ALA (American Library Association) standardındaki esaslara göre önden arkaya devirli yükleme deneyine alınmış ve değerler tasarım yükleriyle karşılaştırılmıştır. Sonuçta, köşe destek elemanlarının mukavemette etkili olduğu, birleştirmelerin köşe destek elemanlarıyla desteklenmesi gerektiği anlaşılmıştır. En yüksek değerler Doğu kayını ve 80x80x25 mm ölçülerindeki Doğu kayını köşe destek elemanlarıyla desteklenmiş sandalyelerde bulunmuştur

OTURMA MOBİLYASI TASARIMINDA BİLGİSAYAR DESTEKLİ ERGONOMİK ANALİZ

Çalışmada, insanların birebir ilişkide olduğu oturma mobilyalarının tasarımında, ergonomik kriterlerin belirlenmesi amacıyla bir “insan odaklı ürün geliştirme” yazılımının (Anybody Technology) kullanılabilirliği araştırılmıştır. Yapılan örnek uygulamada, oturma derinliği, oturma yüksekliği ve arkalık eğim açısı farklı olan 2 adet sandalyede oturan insanın kas–iskelet sisteminde oluşan yükler niceliksel olarak analiz edilmiştir. Ayrıca, 10 erkek deneğin katılımıyla uygulanan bir anket yardımı ile de bu iki farklı sandalyede oturan bireylerin çeşitli vücut bölgelerinde hissettikleri duygular niteliksel olarak belirlenmiştir. Çalışma sonucunda, ürün geliştirme yazılımından alınan veriler, anketlerden alınan veriler ile tutarlı olup, insan odaklı ürün geliştirme yazılımının tasarlanacak mobilyaların ergonomik kriterlerinin belirlenmesinde kullanılabilir olduğunu doğrulamaktadır

Experimental and Numerical Study on Withdrawal Strength of Different Types of Auxetic Dowels for Furniture Joints

Studies on the application of auxetic metamaterials and structures in furniture joints are very limited. However, they have huge potential for use in ready-to-assemble furniture. This study aimed to design and produce different types of auxetic dowels in 3D printing technology, and experimentally and numerically analyze the withdrawal strength of these dowels. In the scope of the study, 24 auxetic dowels with different types and size of inclusions, different diameter of holes, and a non-auxetic reference dowel were designed and produced with appropriate muffs. Dowels were 3D printed from polyamide (PA12). Poisson’s ratios, withdrawal strength, contact pressures, and friction coefficients of dowels were determined theoretically by means of numerical analyses and real static compression tests. After the pre-production of dowels, the dowels with triangular inclusions have not been found to have sufficient strength and stiffness. Withdrawal strength of dowels decreased as the size of inclusions is decreased, or dowel hole diameter is increased. Furthermore, contact pressures and stresses in auxetic dowels were considerably lower than non-auxetic dowels under the withdrawal force